JP4158715B2 - ２相変調方式 - Google Patents

Description

本発明は、３相交流モータの２相変調方式に関する。

従来の３相モータのＰＷＭ制御では、モータ電流が相電圧ではなく相間電圧により決定されること利用して、インバータの下アーム素子を電気角２π／３毎に１相づつ常時オンすることにより相間電圧を確保しつつ各相電圧を低位電源レベルに順次固定してインバータのスイッチング損失を低減し、かつ、上アーム素子駆動用ドライバ回路の電源電圧を安定させることが、下記の特許文献１により提案されている。また、下アーム素子を順次オン固定するのとは逆に、上アーム素子を電気角２π／３毎に順次固定する方式も提案されている。以下、これらの２相変調方式を、２π／３固定方式とも呼ぶものとする。
特開平１１−２６２２６９号公報

更に具体的に説明すると、この２π／３固定方式の２相変調としては、ＵＶＷ相の内の１相を１２０°毎に上アームＯＦＦ，下アームＯＮに固定(スイッチング停止)する下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調と、ＵＶＷ相の内の１相を１２０°毎に下アームＯＦＦ，上アームＯＮに固定(スイッチング停止)する上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調とが知られている。この１相の固定により、電流ピーク値付近にてのインバータの一方のスイッチング素子のスイッチングを停止できるために通常の３相変調駆動に比べてインバータのスイッチング損失を大幅に低減することができる。

また、下アーム素子をオンして相電圧を低位レベルに固定する下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調を採用すると、上アーム素子駆動用のドライバ回路へ給電するブートストラップ回路によるこのドライバ回路への電源電圧供給動作を安定させる効果を得ることもできる。

このようなインバータ損失の低減は、車両走行動力発生用の３相交流モータなどの大型モータをＰＷＭ駆動する場合において、高温となるエンジンルーム内等におけるインバータのスイッチング素子の温度上昇抑止の点で特に重要である。

しかしながら、上記した２π／３固定方式の２相変調を採用すると、上アーム素子の損失（発熱）と下アーム素子の損失（発熱）とがアンバランスとなるため、インバータ全体としての損失（発熱）は低減できるとしても、インバータを構成する各スイッチング素子のうち最大の損失（発熱）をもつ素子の損失（発熱）はそれほど低減できないという問題があった。

以下、上アーム素子を電気角２π／３毎に順次オン固定する場合を例として更に詳しく説明する。

インバータのスイッチング素子の抵抗損失（損失）は、そのオン状態での抵抗損失である定常損失（オン損失）と、下アーム素子のオン状態とオフ状態との間の過渡期間（状態遷移期間）における抵抗損失である過渡損失との合計となり、通常の条件では過渡損失はＰＷＭ駆動される下アーム素子の発熱が常時オン固定される上アーム素子のそれよりも大きい。

しかし、ＰＷＭ制御により下アーム素子をオフした後のフライホイル電流はオン固定された上アーム素子と他の相の上アーム素子のダイオードとを通じて流れること、及び、ある二つの相の下アーム素子を流れる電流の合計が残る一つの相のオン固定上アーム素子に集中して流れることから、オン固定された上アーム素子の抵抗損失すなわち発熱は、ＰＷＭ駆動される下アーム素子のそれよりも大きくなる。なお、抵抗損失は電流の自乗に比例する。

したがって、この問題は、フライホイルダイオードがスイッチング素子と一体に形成されるＭＯＳトランジスタをインバータのスイッチング素子として採用する場合に特に顕著となる。また、上記による上アーム素子の温度上昇は上アーム素子のオン抵抗の増加を促進するため一層増大する。更に、上記理由による上アーム素子の発熱量の増大は、素子過熱保護のための通電時間の短縮を招いて３相交流モータへ給電する電流波形の正負対称性を悪化させ、モータの振動（トルク変動）や騒音を増加する問題も派生させる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、冷却系の負担を増大することなくインバータのスイッチング素子の最高温度を従来より低減可能な２相変調方式を提供することをその目的としている。

上記課題を解決するためになされた本発明の２相変調方式は、各相毎に上アーム素子と下アーム素子とを有するインバータが３相交流モータに印加する３相電圧の各相電圧を所定期間毎に順番に固定する２相変調方式において、前記所定期間が電気角２π／３とされる２π／３固定方式の２相変調を実施するに際して、固定相の上アーム素子をオンし、固定相の下アーム素子をオフする上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調と、固定相の上アーム素子をオフし、固定相の下アーム素子をオンする下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調とを所定期間毎に切り替えるか交互に実施することを特徴としている。

すなわち、この発明の２π／３固定方式の２相変調では、上アーム素子の発熱に比べて下アーム素子の発熱が小さくなる上アーム固定（上アーム素子をオン固定する）モードと、上アーム素子の発熱に比べて下アーム素子の発熱が大きくなる下アーム固定（下アーム素子をオン固定する）モードとを適宜切り替えたり、周期的に交互実施するため、上アーム素子の発熱量と下アーム素子の発熱量とのばらつきを低減でき、その結果としてインバータを構成するスイッチング素子の最高温度を従来より良好に低減することができるという効果を実現することができる。

また、このインバータのスイッチング素子の最高温度低減は、インバータ冷却系の負担軽減にも役立つため、モータ制御装置の全体体格の小型軽量化も実現する。なお、インバータは、２π／３固定方式の２相変調で常時駆動される必要はなく、なんらかの運転条件において、他の駆動方式で駆動されてもよく、この場合には、上記切り替えを停止すればよい。

本発明では更に、前記上アーム素子オン固定型２π／３固定方式の２相変調の実施時間と、前記下アーム素子オン固定型２π／３固定方式の２相変調の実施時間とは、略等しく設定される。このようにすれば、上アーム素子の発熱量と下アーム素子の発熱量とを略等しくすることができるため、上アーム素子の温度と下アーム素子の温度とを略等しくすることができる。なお、ここで言う略等しいとは、−３０〜＋３０％の発熱量の誤差を含むことができるものとする。また、これら両素子の２π／３固定方式の２相変調の実施時間は平均として略等しくすればよく、温度的に平均化されることが可能な短時間内において発熱量は上記範囲外であってもよい。もちろん、一定周期で上アーム素子のオン固定と下アーム素子のオン固定とを交互に切り替えることは最も好適であり、簡単である。

好適な態様において、前記上アーム素子及び前記下アーム素子のうちオン固定される側の素子（ＰＷＭスイッチングされない側の素子）の温度又はその相当量が所定しきい値を超える場合に前記切り替えを行う。すなわち、この態様では、オン固定されている素子の温度が所定しきい値温度に達したと判定した場合にオン固定素子を他方の素子に切り替える。これにより、素子の安全性を確保しつつ、オン固定する素子の選択自由度を向上することができる。なお、温度又はその相当量の検出は、電流又はその関数値（たとえば電流の平均値）を用いてもよく、あるいは、トルクや回転数など電流に関するパラメータを用いてもよく、更には素子に設けた温度センサの出力を用いても良い。電流を用いる場合には、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｄ軸電流指令値ｉｄ＊のベクトル合成値やその関数値を用いても良い。

好適な態様において、前記上アーム素子の温度又はその相当量と前記下アーム素子の温度またはその相当量との差異が所定値を超えたら前記切り替えを行う。このようにすれば、上アーム素子と下アーム素子との温度ばらつきを一定範囲内に収めることができる。なお、温度又はその相当量の検出は、電流又はその関数値（たとえば電流の平均値）を用いてもよく、あるいは、トルクや回転数など電流に関するパラメータを用いてもよく、更には素子に設けた温度センサの出力を用いても良い。電流を用いる場合には、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｄ軸電流指令値ｉｄ＊のベクトル合成値やその関数値を用いても良い。

好適な態様において、前記３相交流モータを力行運転させる場合に、前記上アーム素子及び前記下アーム素子のうち高温発熱源に近い側（又は冷却が悪い側）の素子のオン固定時間を、遠い側の素子のオン固定時間よりも全体として短縮する。すなわち、インバータを構成する上アーム素子と下アーム素子とがインバータ内にて別々に配置され、一方の素子が高温発熱源に近接配置されていたり、他方の素子に比べて冷却環境が悪く、温度が上昇しやすい環境となっている場合がある。この場合には、温度が上昇しやすい環境にある側の素子を他方の素子にくらべて平均的に短くオン固定する。これにより、温度上昇しやすい側の素子の温度上昇を抑止することができるので、インバータの各スイッチング素子間の温度ばらつきを低減することができ、その最高温度を低減することができる。

好適な態様において、前記３相交流モータを回生運転させる場合に、前記上アーム素子及び前記下アーム素子のうち高温発熱源に近い側の素子のオフ固定時間を、遠い側の素子のオフ固定時間よりも平均して短縮する。これにより、温度上昇しやすい側の素子の温度上昇を抑止することができるので、インバータの各スイッチング素子間の温度ばらつきを低減することができ、その最高温度を低減することができる。

好適な態様において、前記上アーム素子又は下アーム素子の温度又はその相当量が所定値以下の場合には、前記上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調と前記下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調との切り替え又は交互実施を停止する。たとえば、外部環境が低温である場合やインバータ起動初期などにおいては、インバータの各素子の温度上昇を気にする必要がないため、上記切り替えを減らすか停止して制御を簡素化したり、切り替えに伴う騒音などを低減することができる。

好適な態様において、前記インバータの上アーム素子及び下アーム素子は、ＭＯＳトランジスタからなる。インバータのスイッチング素子がＭＯＳトランジスタである場合には、ＰＷＭ制御されるスイッチング素子をオフした時に流れるフライホイル電流がオン固定側のＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードを通じて流れるため、オン固定側のＭＯＳトランジスタの発熱が一層増大するため、本発明の上記温度ばらつき低減効果が大きくなる。

好適な態様において、前記上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調と前記下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調との切り替え周波数を可聴周波数域外に設定する。可聴周波数域とは通常４０〜１５０００Ｈｚ、更には２０〜２００００Ｈｚとすることができる。これにより、上記切り替えにおいて生じる騒音を低減することができる。

好適な態様において、前記上アーム素子を駆動する上アーム素子駆動用ドライバ回路に電源電圧を印加するブートストラップ回路を備え、前記ブートストラップ回路は、前記下アーム素子を駆動する下アーム素子駆動用ドライバ回路に電源電圧を印加する電源と、低位端が前記上アーム素子の主電極と前記下アーム素子の主電極との接続点に接続され、前記上アーム素子駆動用ドライバ回路に電源電圧を印加するコンデンサと、前記電源から前記コンデンサに電流を供給するダイオードとを有し、前記上アーム素子をオン固定した後、前記上アーム素子駆動用ドライバ回路の作動に支障を与えない時間内にて前記下アーム素子のオン固定を必ず行う。なお、好適には、下アーム素子のオン固定を基本的に実施し、下アーム素子の温度上昇が過大であると判定した場合にのみ下アーム素子のオン固定と上アーム素子のオン固定の交互実施を行ったり、所定時間、上アーム素子のオン固定に切り替えたりしてもよい。

このようにすれば、ブートストラップ回路のコンデンサの放電による上アーム素子駆動用ドライバ回路の作動に悪影響を与える前に下アーム素子をオン固定して、再度、電源からダイオードを通じてコンデンサを充電することができるため、ブートストラップ回路による上アーム素子駆動用ドライバ回路への電力供給を行うことができ、ブートストラップ回路を簡素化することができる。

なお、この態様では、ブートストラップ回路を用いるため、上アーム素子はソースホロワ動作（通常はＮＭＯＳトランジスタ）又はエミッタホロワ動作とされる。このように、上アーム素子をソースホロワ動作する場合には、そのゲート電圧の大幅なアップが難しい場合がある。この場合には、ソース接地動作する下アーム素子のＭＯＳトランジタに比べてソースホロワ動作する上アーム素子のＭＯＳトランジスタのオン抵抗が大きくなりやすい。この場合には、上アーム素子の発熱量のアップを抑止するために、上アーム素子のオン固定時間の平均値を下アーム素子のそれに比較して多少短くすることが好適である。なお、ブートストラップ回路を個別電源に替える等はコストアップになるため好ましくない。

好適な態様において、前記上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調と前記下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調との切り替えの間に、３相変調の実施時間を設定する。これにより、たとえば、モータ回転数が高く、モータへ給電する正弦波電流１周期あたりのＰＷＭスイッチング回数が極めて少ない場合等において、電流の変動を抑止することができる。

他の発明の２相変調方式は、各相毎に上アーム素子と下アーム素子とを有するインバータが３相交流モータに印加する３相電圧の各相電圧を所定期間毎に順番に固定する２相変調方式において、前記所定期間が電気角２π／３とされる２π／３固定方式の２相変調を実施する時にオン固定されるスイッチング素子の温度又はその相当量が所定値を超える場合に、π／３固定方式の２相変調に切り替える。

すなわち、この発明では、たとえばブートストラップ回路の安定動作に好適な下アーム素子のオン固定を行う２π／３固定方式の２相変調方式を行っている時に、下アーム素子の温度が上昇し過ぎていると判定した場合に、上記のように上アーム素子オン固定の２相変調と下アーム素子のオン固定の２相変調とを交互実施するのではなく、π／３固定方式の２相変調方式を実施する。このようにすれば、下アーム素子のオン固定による２π／３固定方式による下アーム素子の温度上昇を良好に低減することができる。

本発明の好適な実施態様を以下の実施例により説明する。もちろん、本発明は下記の実施例により限定されず、本発明の思想を体現するすべての態様が本発明の範囲となることは当然である。たとえば、下記の実施例では電流センサや回転数センサなどを用いているが、これらの一部又は全部を省略したセンサレス形式の３相交流モータとしてもよい。

以下、本発明のモータ制御装置を用いたモータ装置の好適な実施例について図面に基づき説明する。
（全体構成）
このモータ装置の構成をブロック図である図１に示す。１は直流電源、２は駆動装置、３は３相同期モータ、４、５は相電流を検出する二つの電流センサ、６はモータ回転角を検出するモータ回転位置検出手段である。駆動装置２は、スイッチング素子のＰＷＭ制御により直流電源１から給電された直流電力を３相交流電力に変換して３相同期モータ３に供給するインバータ７と、このインバータ７の各スイッチング素子を断続制御する制御回路８とからなる。この実施例では制御回路８はマイコン内蔵タイプとする。インバータ７は、ＩＧＢＴとフライホイルダイオードとを並列接続した素子ユニットを合計６ユニットもつ。各ＩＧＢＴは、高電位側の上アーム素子と低電位側の下アーム素子とに分類される。スイッチング素子として上記したＩＧＢＴとフライホイルダイオードのペアの代わりにＭＯＳトランジスタ特に好適にはＮＭＯＳトランジスタを用いてもよいことはもちろんである。この種の３相インバータの構成と動作とは周知であるため、これ以上の説明は省略する。
（制御回路８の基本的な構成及び動作）
制御回路８の構成及び基本動作を図２を参照して説明する。図２は制御回路８の機能構成を示すブロック回路図である。

制御回路８は、ｄｑ軸電流発生手段８２、３相電圧指令発生手段８３、２相変調電圧指令発生手段８４、ＰＷＭ信号発生手段８５、スイッチングゲートドライバ８６からなる。

モータ回転位置検出手段６は、検出した回転角に基づいて、モータ回転数Ｎｍｏｔを演算してｄｑ軸電流発生手段８２に出力するとともに、電気角θを演算して３相電圧指令発生手段８３に出力する。ｄｑ軸電流発生手段８２は、入力されるトルクの大きさ及び方向を示すトルク指令trq＊とモータ回転数Ｎｍｏｔとからモータ３に流れるべきｄ軸電流ｉｄ＊及びｑ軸電流ｉｑ＊であるｄｑ軸電流指令を演算する。３相電圧指令発生手段８３は、検出した実電流Ｉv、Ｉwをｄｑ軸変換して求めた実ｄｑ軸電流であるｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを算出し、各座標軸毎に電流偏差Δｉｄ、Δｉｑを求め、求めた電流偏差Δｉｄ、Δｉｑを０に収束させるべき３相電圧指令Ｕ＊、Ｖ＊、Ｗ＊をＰＩ演算により求めて、２相変調電圧指令発生手段８４に出力する。

２相変調電圧指令発生手段８４は、入力された３相電圧指令Ｕ＊、Ｖ＊、Ｗ＊に基づいて２相変調電圧指令Ｕ＊＊、Ｖ＊＊、Ｗ＊＊を形成してＰＷＭ信号発生手段８５に出力し、ＰＷＭ信号発生手段８５は入力された２相変調電圧指令Ｕ＊＊、Ｖ＊＊、Ｗ＊＊に対応する３相ＰＷＭ電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷを発生する。

これら３相ＰＷＭ電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷは、スイッチングゲートドライバ８６でそれぞれ電力増幅されて６個のゲート電圧ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬとされた後、インバータ７の各スイッチング素子のゲート電極に個別に出力される。上記制御回路８の基本的な構成及び動作は２相変調モータ制御装置として既によく知られているので、これ以上の説明は省略する。
（２相変調電圧指令発生手段８４の説明）
次に、本発明の特徴をなす２相変調電圧指令発生手段８４を図２を参照して以下に説明する。２相変調電圧指令発生手段８４は、モード切替判定手段８７、固定相判定手段８８、電圧指令演算手段８９からなる。
（モード切替判定手段８７の説明）
モード切替判定手段８７は、タイマを内蔵し、このタイマのパルスカウント値が一定量に達したらすなわち一定時間が経過したらモードを現在のモードから残る他のモードに切り替える。なお、インバータの上アーム素子駆動用ドライバ回路の電源電圧を後述するブートストラップ回路により供給する場合には、インバータは最初は下アーム素子のオン固定から起動されることが好ましく、また、この最初の下アーム素子のオン固定時間はある程度長く設定されることが好ましい。上記モードとしては、上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調モードと、下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調モードとが設定されている。上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調モードにおける各部電圧波形を図３に、下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調モードにおける各部電圧波形を図４に示す。既によく知られているように、上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調モードにおいては、電気角２π／３毎に相順次に上アーム素子がオン固定され、このオン固定された上アーム素子と同一相の下アーム素子がオフ固定され、残りの相の下アーム素子がＰＷＭ駆動される。また、下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調モードにおいては、電気角２π／３毎に相順次に下アーム素子がオン固定され、このオン固定された下アーム素子と同一相の上アーム素子がオフ固定され、残りの相の上アーム素子がＰＷＭ駆動される。モード切替判定手段８７の動作を図５に図示する。なお、この実施例では、図６に示すように、１回の上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調モード（モードＡ）の実行時間と１回の下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調方式（モードＢ）の実行時間とは等しく設定される。隣接する１回のモードＡとモードＢとの合計時間Ｔは一定でもよく、変更してもよい。要するに、平均してモードＡの実行時間とモードＢの実行時間とが略等しければよい。
（固定相判定手段８８の説明）
固定相判定手段８８は、モード切替判定手段８７により決定された２相変調方式に適合する固定相判定により、３相電圧指令Ｕ＊、Ｖ＊、Ｗ＊に基づいて固定するべき相とそのタイミングとを決定する。すなわち、固定相判定手段８８は、上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調と下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調から選択された現在の固定方式に従って相電圧指令の固定を行う。上アーム固定の２π／３固定方式は、図３に示すように３相電圧指令Ｕ*，Ｖ*，Ｗ*の内、最大となる相電圧指令を１(Ｄｕｔｙ１００％)に固定し、３相の相間電圧が正弦波となるように残りの２相の相電圧指令をシフトさせる。下アーム固定の２π／３固定方式は、図４に示すように３相電圧指令Ｕ*，Ｖ*，Ｗ*の内、最小となる相電圧指令を０(Ｄｕｔｙ０％)に固定し、３相の相間電圧が正弦波となるように残りの２相の相電圧指令をシフトさせる。
（電圧指令演算手段８９の説明）
電圧指令演算手段８９は、３相電圧指令Ｕ＊、Ｖ＊、Ｗ＊のうちの固定されるべき相電圧指令を現在選択されている２相変調方式により決定される所定電位レベルに固定し、残る二つの相電圧指令を相間電圧を維持するべく変更する。これにより、２相変調電圧指令発生手段８４は、入力される３相電圧指令Ｕ＊、Ｖ＊、Ｗ＊を２相変調電圧指令Ｕ＊＊、Ｖ＊＊、Ｗ＊＊に変換する。
（実施例の効果）
この実施例によれば、上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調モードと下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調モードとを交互に行いかつ両モードの平均実行時間を略等しく設定しているので、インバータの上アーム素子と下アーム素子との温度のばらつきを低減し、インバータのスイッチング素子の最高温度を低減し、インバータ冷却系の簡素化を図ることができる。

なお、この実施例において、図６に示すモードＡ、Ｂの切替周波数は、可聴周波数の範囲外とすることが好ましい。

実施例２を図２を参照して以下に説明する。

この実施例では、モード切替判定手段８７は、モード実行時間を等しくするのではなく、インバータの下アーム素子に近接して温度センサ（図示省略）を配置し、この温度センサの検出温度が所定しきい値を超えたら所定時間だけ上アーム素子オン固定モードに変更する。この所定時間は、オン固定される上アーム素子の温度がその許容最高温度Ｔｍａｘを超えない値とする。このようにすれば、後述するブートストラップ回路の安定出力に好適な下アーム固定を優先しつつ、下アーム素子の温度の上昇時のみ上アーム素子のオン固定を混ぜて下アーム素子の温度上昇を抑止することができる。

なお、この実施例において、インバータの上アーム素子近傍と下アーム素子近傍とにそれぞれ温度センサを設け、両温度センサのどちらかが所定しきい値を超えた場合に、上記切替を行うようにしてもよい。その他、上アーム素子又は下アーム素子の温度として、電流値やそれに相関を有するトルクや回転数の値からインバータのスイッチング素子の温度を推定しても良い。この時、温度推定精度を向上するために周囲温度を検出しても良い。
（変形態様）
上記実施例では、オン固定される下アーム素子の温度がしきい値以上となった場合に上アーム素子のオン固定を行ったが、オン固定される下アーム素子の温度がしきい値以上となった場合に上アーム素子と下アーム素子との交互のオン固定を行ってもよい。
（変形態様）
その他、上アーム素子の温度と下アーム素子の温度との差異が所定値を超えたら上アーム素子と下アーム素子との交互のオン固定をおこなってもよい。

実施例３を図１を参照して以下に説明する。

この実施例では、インバータの上アーム素子は下アーム素子よりも冷却環境が悪い配置をもつ。そして、下アーム素子のオン固定時間が上アーム素子のオン固定時間よりも長くなるように上記切替がなされる。このようにすれば、上アーム素子の温度と下アーム素子の温度とのばらつきを低減しつつ、後述するブートストラップ回路の出力安定化のための下アーム素子のオン固定をより長く行うことができる。

実施例４を図７を参照して以下に説明する。

この実施例では、電流が所定値未満である場合には下アーム素子をオン固定し、電流が所定値以上となったら上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調モードと下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調モードとを一定時間毎に交互に実施する。このようにすれば、電流が小さい場合におけるブートストラップ回路の安定出力を向上することができる。なお、上記した電流の代わりに温度やトルクなどのパラメータを用いても同様のことを行っても良い。

実施例５を図８を参照して以下に説明する。

この実施例は、上アーム素子１０２を駆動する上アーム素子駆動用ドライバ回路１００に電源電圧を印加するブートストラップ回路を設けることにより、上アーム素子１０２をソースホロワ駆動するようにしたものである。

このブートストラップ回路は、下アーム素子１０１を駆動する下アーム素子駆動用ドライバ回路に電源電圧を印加する電源１０４と、上アーム素子１０２のエミッタと下アーム素子１０１のコレクタとを接続する接続点に低位端子が接続されて上アーム素子１０２を駆動する駆動用ドライバ回路１００に電源電圧を印加するコンデンサ１０３と、電源１０４からコンデンサ１０３に電流を流すダイオード（又はそれに相当する素子）Ｄとを有している。

このブートストラップ回路では、インバータの下アーム素子をオン固定することにより、定期的に下アーム素子１０１と上アーム素子１０２との接続点の電位が低下するため、上アーム素子１０２を駆動する上アーム素子駆動用ドライバ回路１００を駆動する電源回路としてのコンデンサ１０３が、下アーム素子駆動ドライバ回路用電源１０４の電圧ＶＮによりダイオードＤを通じて充電されることができ、ブートストラップ回路が出力する電源電圧の低下を抑止することができる。

このブートストラップ回路を用いる場合には、オン固定される下アーム素子の温度が所定しきい値を超えたと判定するに等しい運転条件においてのみ、上アーム素子のオン固定を一定インタバルで交互実施することが好ましい。

３相交流モータの回転数が高い時は、モータへ給電する正弦波電流１周期あたりのＰＷＭスイッチング回数が少なくなるが、前記電流周期の略１／２で上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調モードと下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調モードの切り替えを実施すると、さらにＰＷＭスイッチング回数が少なくなる。この場合に、３相変調を挿入すると、一時的にＰＷＭスイッチング回数が増え、電流制御の追従性が向上できる。
ＰＷＭスイッチング回数が極端に少ないと、たとえば、前記モータに対するトルク変動等の外乱に弱くなる等の問題が生じる場合がある。

実施例７を図１を参照して以下に説明する。

上記した各実施例では、上アーム素子のオン固定と下アーム素子のオン固定との交互実施により上アーム素子の温度と下アーム素子の温度とのばらつきを減らした。その代わりに、インバータのスイッチング素子の温度上昇が心配ない運転条件下ではたとえば下アーム素子のオン固定を行う２π／３固定方式を実施し、インバータの下アーム素子の温度上昇が心配される運転条件下では、π／３固定方式の２相変調動作を行うようにしてもよい。π／３固定方式の２相変調では、上アーム素子のπ／３固定と下アーム素子のπ／３固定とを交互に実施するため、２π／３固定方式のように上アーム素子と下アーム素子との温度ばらつきが発生しにくい。図９に、π／３固定方式の２相変調時の電圧波形を示す。なお、上記運転条件とは、前述した電流や温度やトルクを用いればよい。

上述した実施例１乃至５および７に記載の２相変調方式は、前記３相交流モータの運転領域が微低速から低速（モータ相電流周波数が約１００Ｈｚ以下）にある場合に、特に効果が大きい。

実施例の装置の全体構成を示すブロック回路図である。 図１の２相変調電圧指令発生手段の詳細構成を示すブロック回路図である。 上アーム素子がオン固定される２π／３固定方式の２相変調電圧の波形図である。 下アーム素子がオン固定される２π／３固定方式の２相変調電圧の波形図である。 モード切替方式を示すフローチャートである。 モードＡとモードＢとのタイミングを示す図である。 電流値に基づいてモード切替の実施、非実施を切り替えるフローチャートである。 ブートストラップ回路を示す回路図である。 π／３固定方式の２相変調電圧の波形図である。

符号の説明

１ 直流電源
２ モータ駆動装置
３ モータ（３相同期モータ）
４ 電流センサ
５ 電流センサ
６ モータ回転位置検出手段
７ インバータ
８ 制御回路
８１ モータ回転数演算手段
８２ ｄｑ軸電流発生手段
８３ ３相電圧指令発生手段
８４ ２相変調電圧指令発生手段
８５ ＰＷＭ信号発生手段
８６ スイッチングゲートドライバ
８７ モード切替判定手段
８８ 固定相判定手段
８９ 電圧指令演算手段
１００ 上アーム素子駆動用ドライバ回路
１０１ 下アーム素子
１０２ 上アーム素子
１０３ コンデンサ
１０４ 下アーム素子駆動ドライバ回路用電源

Claims (11)

1. 各相毎に上アーム素子と下アーム素子とを有するインバータが３相交流モータに印加する３相電圧の各相電圧を所定期間毎に順番に固定する２相変調方式において、
   前記所定期間が電気角２π／３とされる２π／３固定方式の２相変調を実施するに際して、固定相の上アーム素子をオンし、固定相の下アーム素子をオフする上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調と、固定相の上アーム素子をオフし、固定相の上アーム素子をオンする下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調とを周期的に切り替えるか交互に実施し、
   前記上アーム素子オン固定型２π／３固定方式の２相変調の実施時間と、前記下アーム素子オン固定型２π／３固定方式の２相変調の実施時間とは、略等しく設定されることを特徴とする２相変調方式。
2. 請求項１記載の２相変調方式において、
   前記上アーム素子及び前記下アーム素子のうちオン固定される方の素子の温度又はその相当量が所定しきい値を超える場合に前記切り替えを行うことを特徴とする２相変調方式。
3. 請求項１記載の２相変調方式において、
   前記上アーム素子の温度と前記下アーム素子の温度との差が所定値を超えたら前記オン固定の切替の交互実施を行うことを特徴とする２相変調方式。
4. 請求項１記載の２相変調方式において、
   前記３相交流モータを力行運転させる場合には、前記上アーム素子及び前記下アーム素子のうち高温発熱源に近い側の素子のオン固定時間を、遠い側の素子のオン固定時間よりも平均して短縮することを特徴とする２相変調方式。
5. 請求項１記載の２相変調方式において、
   前記３相交流モータを回生運転させる場合には、前記上アーム素子及び前記下アーム素子のうち高温発熱源に近い側の素子のオフ固定時間を、遠い側の素子のオフ固定時間よりも平均して短縮することを特徴とする２相変調方式。
6. 請求項１記載の２相変調方式において、
   前記上アーム素子又は下アーム素子の温度又はその相当量が所定値以下の場合には、前記上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調と前記下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調との切り替え又は交互実施を停止することを特徴とする２相変調方式。
7. 請求項１記載の２相変調方式において、
   前記上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調と前記下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調との切り替え周波数を可聴周波数域外に設定することを特徴とする２相変調方式。
8. 請求項１記載の２相変調方式において、
   前記インバータの上アーム素子及び下アーム素子は、ＭＯＳトランジスタからなることを特徴とする２相変調方式。
9. 請求項１記載の２相変調方式において、
   前記上アーム素子を駆動する上アーム素子駆動用ドライバ回路に電源電圧を印加するブートストラップ回路を備え、
   前記ブートストラップ回路は、
   前記下アーム素子を駆動する下アーム素子駆動用ドライバ回路に電源電圧を印加する電源と、
   低位端が前記上アーム素子の主電極と前記下アーム素子の主電極との接続点に接続されて、前記上アーム素子駆動用ドライバ回路に電源電圧を印加するコンデンサと、
   前記電源から前記コンデンサに電流を供給するダイオードと、
   を有し、
   前記上アーム素子をオン固定した後、前記上アーム素子駆動用ドライバ回路の作動に支障を与えない時間内にて前記下アーム素子をオン固定することを特徴とする２相変調方式。
10. 請求項１記載の２相変調方式において、
    前記上アーム固定型２π／３固定方式の２相変調と前記下アーム固定型２π／３固定方式の２相変調との切り替えの間に、３相変調の実施時間を設定することを特徴とする２相変調方式。
11. 各相毎に上アーム素子と下アーム素子とを有するインバータが３相交流モータに印加する３相電圧の各相電圧を所定期間毎に順番に固定する２相変調方式において、
    前記所定期間が電気角２π／３とされる２π／３固定方式の２相変調を実施する時にオン固定されるスイッチング素子の温度又はその相当量が所定値を超える場合に、π／３固定方式の２相変調に切り替えることを特徴とする２相変調方式。

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